LABORATORIUM SPAWALNICTWA
Nosek Pawel grupa 21m.	Spawanie w atmosferze gazów ochronnych.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z technologią spawania elektrodą nietopliwą w atmosferze gazu ochronnego.

Wyposażenie stanowiska:

• półautomat do spawania,

• elektroda,

• instalacja gazowa,

• gaz ochronny (Argon lub CO₂),

• próbki metalowe.

W atmosferze gazów obojętnych można spawać elektrodą nietopliwą TIG i elektrodą topliwą MIG. Atmosfera argonu lub helu podwyższa temperaturę łuku i osłania topiony metal przed dostępem tlenu i azotu z powietrza; tlenki znajdujące się na powierzchni metalu ulegają rozpylaniu przez jonizowany gaz. Dzięki temu metale i stopy nieżelazne niespawalne łukiem, elektrodą otuloną a tylko z trudnością spawalne palnikiem i to przy użyciu topników można spawać w atmosferze z gazów szlachetnych bez udziału topników używając gołego drutu jako spoiwa. Do tych metali należy aluminium i jego stopy, stale nierdzewne kwaso- i żaroodporne oraz inne stale stopowe, magnez i jego stopy, miedź i jej stopy.

Spawanie elektrodą nietopliwą w atmosferze gazów ochronnych jest podobne do spawania gazowego. Odbywa się bez dodawania spoiwa lub z jego dodawaniem. Pałeczkę spoiwa należy wprowadzić w obszar łuku pod możliwie jak najmniejszym kątem do powierzchni spawanego materiału 10 -15°. Pałeczkę podaje się ruchami prostymi - ruchy poprzeczne są niedopuszczalne. Koniec pałeczki powinien stale znajdować się w strefie ochronnej gazu, bowiem nagrzana do wysokiej temperatury pałeczka szybko się utlenia. Utleniona pałeczka wprowadza do jeziorka tlenki metali. W łuku koniec pałeczki rozpala się, a ciekły metal - wypychany przez łuk przechodzi do jeziorka. Do spawania elektrodą nietopliwą stosuje się jako gazy ochronne argon lub hel. Argon jest cięższy od powietrza natomiast hel lżejszy. Właściwości te uwzględnia się przy projektowaniu technologii spawania. Argon dostarczany jest w butlach stalowych pod ciśnieniem 15,0 MPa.

D spawania stopów aluminium stosuje się następujące materiały pomocnicze: elektrody wolframowe, drut spawalniczy.

Elektrody wolframowe do spawania w atmosferze argonu stosowane są przede wzystkim dlatego, że odznaczają się największą ze wszystkich spoiw odpornością na działanie wysokich temperatur. Temperatura topienia wolframu wynosi 3653 K. Ponadto wolfram charakteryzuje się bardzo małym współczynnikiem przewodności cieplnej. Podobnie szybkość parowania wolframu w temperaturze spawania z atmosferą obojętną jest również bardzo mała i wynosi ok. 0,5g na 1 m. spoiny. Czystość elekrody powinna wynosić 99,5 % wolframu. Zawartość zanieczyszczeń powyżej 0,5% obniża temperaturę topliwości wolframu. Stosuje się elektrody o średnicach 1 - 8mm. Przy stosowaniu do spawania gazów obojętnych zawierających zwiększoną ilość tlenu wzrasta zużycie elektrody wolframowej. Zwiększone zużycie wolframu występuje również przy przeciążeniach prądowych, występuje wtedy bowiem przegrzanie elektrody.

Elektrody wolframowe mają określony optymalny zakres obciążenia prądem spawania. Natężenie prądu np. 240A można stosować zarówno dla elektrod o średnicy 4 jak i 5mm. Wydajność będzie jednak większa przy tej średnicy elektrody, która obciążona będzie maksymalnym, dopuszczalnym dla swego przekroju prądem spawania przy uwzględnieniu grubości spawanych blach. Dobór odpowiedniej średnicy elektrody i odpowiadającego natężenia prądu umożliwia uzyskanie maksymalnej prędkości spawania i zmniejsza zużycie argonu.

Podczas spawania w elektrodach występują odkształcenia odwracalne i nieodwracalne. Odwracalne odkształcenia cieplne polegają na wydłużeniu się końca elektrody co prowadzi do skrócenia łuku, zwiększenia natężenia prądu oraz zmniejszenia napięcia. Nieodwracalne polega na zmniejszeniu średnicy elektrody w pewnej odległości od jego końca. Przy spawaniu elektrodą wolframową stosuje się spoiwo o takim samym składzie jak materiał spawany.

Urządzeniem stosowanym do spawania w atmosferze argonu jest półautomat Ft1 - 500. Można nim spawać tak prądem stałym jak i przemiennym, stosując odpowiednie źródło zasilania. Z ogólnego ciepła łuku na anodzie wydziela się 60 -70% a na katodzie 30 -40%. Prądem przemiennym można spawać aluminium, magnez i ich stopy, natomiast prądem stałym biegunowością ujemną stal, miedź i jej stopy. Spawanie biegunowością ujemną przedłuża żywotność elektrody wolframowej, zapewnia dużą koncentrację ciepła w miejscu spawanym oraz trwałość jarzenia łuku.

Na prawidłowy przebieg spawania elektrodą wolframową ma wpływ: natężenie prądu, napięcie łuku, sposób przyłączenia części spawanej do obwodu, średnica drutu elektrodowego i prędkość spawania.

Przykładowe parametry spawania drutem elektrodowym metodą MIG:

grubość [mm]	kształt spoiny	liczba warstw	natężenie prądu [A] poz. pion. suf.			średnica drutu [mm]	zużycie argonu [l/m]
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
4	spoina czołowa spoina pachwinowa	1 1	150-170 150-170	140-155 140-160	130-145 150	1,6 1,6	20 20	23 23	23 23
6	czołowa pachwinowa	1 1	210-240 210-250	160-180 160-180	160-180 160-200	2,4 2,4	23 23	25 25	25 25
8	czołowa	2 1 1	250-280 250-280 280-290	180-210 220 220	200-220 220 220	2,4 2,4 2,4	23 23 23	25 25 25	25 25 25
12	czołowa pachwinowa	2 2 2	310-350 310-350 310-350	200-215 200-215 250-265	220 220 240	2,4 2,4 2,4	25 25 25	25 25 25	25 25 25

W procesie spawania łukowego elektrodą topliwą w atmosferze dwutlenku węgla zachodzić mogą trzy formy przechodzenia ciekłego metalu z drutu elektrodowego do spoiny: kroplowe, natryskowe, mieszane. Kroplowe przechodzenie metalu elektrodowego z topiącej się elektrody polega na przechodzeniu metalu do jeziorka w czasie kolejnych zwarć wywołanych zetknięciem się kropli z powierzchnią jeziorka. Ten sposób przenoszenia materiału występuje podczas spawania przy tzw. Krótkim łuku, niskich natężeniach i małych średnicach drutu elektrodowego. Taki proces spawania nadaje się do spawania blach cienkich we wszystkich pozycjach. Natryskowe przechodzenie metalu topiącej się elektrody polega na przechodzeniu ciekłego metalu w postaci strugi bardzo drobniutkich kropelek do jeziorka przez łuk nie powodując w nim zwarć. Przy tym sposobie występuje gaśnięcie łuku, a natężenie i napięcie posiadają prawie stałą wartość. Mieszane przechodzenie metalu elektrodowego jest niekorzystne ze względu na układanie spoiny. Na ogół materiał elektrodowy topi się w formie kropel o różnej średnicy powodując zaburzenia w stabilności procesu jarzenia się łuku i nadaje się do spawania w pozycji podolnej.

Źródłem rozprysków podczas spawania w atmosferze z dwutlenku węgla jest działanie sił występujących w łuku elektrycznym oraz reakcje metalurgiczne w kropli ciekłego metalu i w jeziorku spawalniczym. Wielkość rozprysku uzależniona jest od :

• własności elektrycznych obwodu spawalniczego,

• składu chemicznego drutu elektrodowego,

• rodzaju atmosfery ochronnej,

• parametrów spawania.

Szkodliwym zanieczyszczeniem dwutlenku węgla jest wilgoć, która powoduje powstawanie porów w spoinie i daje duży rozprysk. Do CO₂ dodaje się celowo argon i len. Dodatki te zwiększają częstotliwość zwarć, dają estetyczny wygląd lica spoiny.

Urządzeniem stosowanym do spawania w atmosferze CO₂ jest półautomat MAGPCL 630.

Podstawowymi parametrami w procesie spawania elektrodą topliwą w atmosferze CO₂ są: rodzaj prądu, jego natężenie, średnica drutu, prędkość spawania, napięcie łuku, szybkość podawania drutu, długość wolnego wylotu drutu, nachylenie drutu, natężenie przepływu gazu.

Zalecane parametry spawania w atmosferze CO₂ :

średnica drutu [mm]	podolne, pionowe, poboczne A	naścienne V	pułapowe
0,8	50-130	17-20	50-110	17-20
1,0	80-170	20-23	80-150	20-22
1,2	120-200	25-23	-	-
1,6	140-320	24-28	-	-

Warunki półautomatycznego wykonywania spoin:

grubość blach [mm]	średnica drutu [mm]	natężenie [A]	napięcie [V]	szybkość posuwu [m/min]	dł. wolnego wylotu el. [mm]	zużycie CO2 [l/min]
1,5-2,0	0,8 0,8 0,8	50 90 110	18-19 18-20 19-20	3,7-4,2 3,7-4,2 3,7-4,2	7-9 7-9 8-10	6-8 6-8 8-10
1,5-3,0	1,0 1,2	75-120 90-130	18-19 19-21	2,6-3,5 2,2-2,4	8-10 10-12	8-10 10-12
3,0-4,0	1,2 1,6	120-150 150-180	20-22 27-29	2,5-2,8 3,5-3,7	12-16 16-18	12-15 12-16
5 i więcej	1,6 2,0	260-280 280-320	27-29 28-30	3,5-3,7 5,5-6,0	18-20 18-22	16-18 17-19

---